L’électricité désigne l’ensemble des phénomènes physico-chimiques qui relèvent de la présence de particules chargées (protons et électrons) dans les atomes. Prépondérante dans la vie quotidienne, l’électricité peut être mesurée de plusieurs façons différentes. Ampères, volts, watts , kilowatts-heure et ohms, IZI by EDF vous explique en détail les unités utilisées.
Comment mesurer l’électricité ?
La mesure du courant électrique est essentielle quand il s’agit d’estimer la consommation, vérifier l’état d’une installation voire constater d’éventuelles déperditions d’énergie. L’appareil permettant de réaliser les différentes mesures électriques est un multimètre.
Avant d’entrer dans le détail, consultez si besoin notre lexique IZI by EDF des notions clés en électricité !
Le multimètre analogique
Il est doté d’un cadran à aiguille et de plusieurs échelles de graduations correspondant aux différentes mesures. Pour l’utiliser, il faut avant tout choisir la mesure à effectuer, puis lire le résultat sur la graduation correspondante. Fiable et précis, le multimètre analogique fait toujours ses preuves malgré la présence de modèles numériques.
Le multimètre numérique
Il possède un cadran digital qui affiche directement la mesure de la valeur. La présence d’un convertisseur analogique-numérique permet de faciliter la sélection du mode comme la lecture de la mesure. Plus simple d’utilisation que le multimètre analogique, il tend peu à peu à le remplacer.
Comment choisir son multimètre ?
Différents critères de choix doivent être pris en compte :
- La précision : c’est la capacité du multimètre à fournir la même mesure à plusieurs reprises.
- La résolution : c’est le plus petit incrément que le multimètre peut détecter. Par exemple, sur une plage de 3 volts et une mesure de la tension d’une pile de 1,5 volts, une résolution de 1 millivolt signifie que le multimètre pourra détecter une variation de l’ordre de 0,001 volt.
- La valeur efficace : il existe des multimètres RMS (Root Mean Square ou valeur moyenne quadratique), idéals pour mesurer les courants continus et des multimètres TRMS (True Root Mean Square ou valeur efficace réelle), plus précis pour mesurer les courants alternatifs.
- La norme et la catégorie : tous les multimètres doivent répondre à la norme IEC 601010 qui répertorie 4 catégories d’appareils. La catégorie I est réservée aux mesures sur les appareils électroniques ; la catégorie II permet d’intervenir sur les appareils électroménagers ou les outils portables ; la catégorie III répond à tous les usages domestiques ; la catégorie IV est réservée à un usage professionnel et permet d’intervenir sur les compteurs électriques, les connexions extérieures et/ou à haute puissance.
Les volts pour mesurer la tension
Noté V, le volt est l’unité de mesure de la tension électrique entre un point A et un point B. Rappelons ici que le courant électrique consiste en un déplacement d’électrons. Ce déplacement est obtenu grâce à un générateur de courant qui va créer un déséquilibre de charge (ou différence de potentiel) et ainsi attirer ou repousser les électrons. Le volt doit son nom au physicien italien Alessandro Volta, également inventeur de la pile électrique.
Le fonctionnement d’un appareil électrique est conditionné par une tension en volts suffisante. Si celle-ci est dépassée, il y a un risque de surtension. En France, les systèmes électriques domestiques sont conçus pour fonctionner avec une tension maximale de 220 volts. Cette donnée peut différer dans d’autres régions du monde.
Quelques exemples de tensions courantes :
- Une pile AA ou AAA : 1,5 V
- Une pile PP3 (forme rectangulaire) : 9 V
- Le système électrique d’une automobile : 12 V
- Prises murales (en courant alternatif) : 220 V en Europe, 120 V en Amérique du Nord
- Un train à grande vitesse en circulation : jusqu’à 25 000 V
- Un réseau de distribution à haute tension : de 33 000 à 150 000 V
Les ampères pour mesurer l’intensité
Symbolisé par un A, l’ampère mesure l’intensité du courant électrique, qui se traduit par le flux d’électrons présents dans le conducteur. L’ampère représente finalement le débit d’électricité qui parcourt un circuit. C’est André-Marie Ampère, un mathématicien du XIXe siècle inventeur de l’électro-aimant, qui a donné son nom à cette unité.
Application domestique des ampères
Les ampères constituent un indicateur de mesure déterminant au niveau de l’électricité domestique. On les retrouve notamment sur le tableau électrique au niveau des disjoncteurs et des interrupteurs différentiels. Lorsque l’électricien conçoit les circuits et le tableau électrique d’une habitation, il doit prendre en compte les besoins des différents appareils en termes d’intensité. Il peut ainsi regrouper les terminaux électriques (prises, éclairage, appareils fonctionnant en courant faible) au sein de plusieurs circuits protégés chacun par un disjoncteur. Différents types de disjoncteurs sont disponibles afin de s’adapter aux spécificités de chaque circuit :
- Les disjoncteurs 2A pour protéger les circuits de VMC, de sonnette, et généralement tous les équipements fonctionnant en courant faible.
- Les disjoncteurs 10A pour la protection de petits circuits raccordés comme l’éclairage.
- Les disjoncteurs 16A pour les circuits d’éclairage plus importants ou les circuits de prises électriques.
- Les disjoncteurs 20A pour protéger jusqu’à 12 prises de courant ou des équipements spécifiques comme le chauffe-eau, le lave-vaisselle ou le lave-linge.
- Les disjoncteurs 32A pour le four ou les plaques de cuisson électrique.
- Enfin, les disjoncteurs généraux qui protègent l’ensemble de l’installation électrique sont conçus pour supporter des intensités comprises entre 40 et 60 ampères.
Les watts pour mesurer la puissance
Noté W, le watt est l’unité permettant de mesurer la puissance électrique, c’est-à-dire la quantité d’énergie pendant un temps donné. Il doit son nom à l’ingénieur écossais James Watt, qui est notamment à l’origine de la machine à vapeur.
Calculer la puissance électrique
Le watt est en relation directe avec les deux unités évoquées précédemment, puisque la puissance peut se calculer en multipliant la tension par l’intensité.
Prenons l’exemple d’un courant électrique d’une tension de 130 volts et d’une intensité de 4 ampères. Pour calculer la puissance, on pose simplement 130 x 4 = 520 watts.
Afin de traduire correctement les puissances électriques importantes, on utilise des multiples. Le kiloWatt (kW), qui correspond à 1 000 watts, est utilisé notamment pour mesurer les puissances des moteurs, qu’ils soient électriques ou thermiques. Le mégawatt (MW, soit 1 million de watts) désigne quant à lui des unités de production électrique :
- Une éolienne déploie une puissance d’environ 1 MW
- Un réacteur de centrale nucléaire atteint une puissance comprise entre 900 et 1 450 MW.
Les kilowatts-heure (ou kWh) pour mesurer la consommation
Dérivées du watt, les kilowatts-heure permettent de mesurer la consommation électrique d’un logement sur une période donnée. Ainsi, 1 kWh correspond à l’énergie que consomme un appareil électrique de 1 000 watts qui fonctionne une heure durant. Le kilowatt-heure est une donnée que l’on retrouve lorsque l’on doit souscrire un nouveau contrat chez un fournisseur d’énergie. Cette unité est également retranscrite sur la facture, qui renseigne la consommation d’électricité exprimée en kWh, ainsi que le prix unitaire de ce même kWh.
Comment calculer les kWh
Il est ainsi possible d’estimer le coût mensuel de la consommation des équipements électriques, ce qui peut être utile pour réaliser des économies. Prenons l’exemple de la consommation d’un téléviseur, nécessitant une tension de 12 V et une intensité de 6,5 A.
Commençons par calculer la puissance nominale : 12 x 6,5 = 78 W
Nous avons ensuite besoin de deux données pour calculer le coût mensuel de fonctionnement du téléviseur : le prix du kWh (0,1582 € est le tarif moyen constaté en France en 2021) et la durée quotidienne d’utilisation, que nous choisissons de fixer à 4 h.
Il est dès lors possible de calculer le coût mensuel de la consommation du téléviseur :
- On commence par calculer le nombre de kWh consommés chaque jour : 78/1 000 x 4 = 0,31 kWh
- On calcule ensuite la consommation mensuelle : 0,31 x 30 x 0,1582 = 1,47 €
A savoir : la plupart du temps, les fabricants donnent directement la puissance nominale des appareils électriques. Pour estimer sa consommation annuelle, il suffit dès lors de vérifier le tarif au kWh facturé par le fournisseur d’énergie en le rapportant aux nombres d’heures de fonctionnement de l’appareil en question.
Les ohms pour mesurer la résistance et l’impédance
La résistance est la capacité d’un matériau conducteur à s’opposer au passage d’un courant électrique par rapport à une tension donnée. L’impédance désigne le même type de phénomène, à l’exception qu’elle correspond aux courants alternatifs et non aux courants continus. Elle s’applique donc davantage aux mesures relatives à l’électricité domestique. Résistance et impédance sont mesurées en ohms, une unité qui doit son nom au physicien allemand Georg Ohm. Usuellement, les ohms sont symbolisés par la lettre grecque Oméga (Ω).
Dans une certaine mesure, tous les matériaux opposent une résistance au courant. On distingue néanmoins deux catégories :
- Les matériaux conducteurs offrent peu de résistance et permettent au courant de se déplacer facilement. C’est le cas du cuivre, largement utilisé dans les gaines électriques, mais également de l’argent, de l’or et de l’aluminium.
- Les matériaux isolants sont ceux qui opposent une résistance élevée au courant électrique : le bois, le plastique, le verre ou encore le caoutchouc.
Les mesures de résistance servent notamment à indiquer l’état d’un circuit ou d’un composant :
- Plus la résistance est élevée, moins le courant circule. Une résistance anormalement élevée peut être due à des conducteurs endommagés, notamment à cause de la surchauffe ou de la corrosion.
- A l’inverse, moins la résistance est élevée, plus le courant circule. Une mesure trop basse peut être le signe d’isolants endommagés par l’humidité.
De nombreux composants ont une résistance de valeur fixe, généralement imprimée sur leur plaque informative ou dans les notices des constructeurs. Lorsqu’une tolérance est possible, les valeurs indiquées comprennent un minimum et un maximum ; la résistance mesurée doit être comprise dans ce seuil. Tout écart significatif signale en général un problème.
Comment mesurer la résistance ?
Il est impossible de mesurer la résistance dans un circuit en fonctionnement. Dès lors, les électriciens qui effectuent un dépannage font ce calcul en prenant les mesures de tension (V) et d’intensité (A) et en appliquant la loi d’Ohm : ohms = volts / ampères.
Prenons l’exemple d’un circuit de chauffage électrique annonçant une résistance normale de 55 Ω et fonctionnant avec une tension de 220 V et une intensité de 4 A. Si l’intensité effectivement mesurée est égale à 3 A, cela signifie que la résistance a augmenté : 220/3 = 73,3. Cette augmentation de près de 20 Ω peut être le signe d’une connexion desserrée ou d’une section d’un enroulement de transformateur.
L’analogie du cours d’eau pour mieux comprendre le courant électrique
Il est d’usage de comparer le courant électrique avec un fleuve afin de se représenter correctement la nature des différentes unités de mesure.
A ce titre, la tension d’un circuit (V), c’est-à-dire la différence de potentiel entre un point A et un point B, correspond au dénivelé du fleuve : plus il est important, plus l’eau va s’écouler rapidement. L’intensité du courant électrique (A) est quant à elle semblable au volume total d’eau drainé par le fleuve (largeur x profondeur). La puissance électrique (W = A x V) est équivalente au débit total du fleuve, exprimé en mètres cube par seconde. Enfin, la résistance peut être assimilée à un barrage ou à un obstacle naturel qui freine le cours d’eau.
